接合方法及びその装置
【課題】被接合物同士を拡散接合する際に該被接合物に酸化物膜及び窒化物膜が生成することを回避するとともに、接合部位の接合強度を確保し、さらに、コストを低廉化する。
【解決手段】拡散接合を行うための接合装置１０を構成する接合容器１２には、窒素ガスボンベ２２、ロータリポンプ３０及びメカニカルブースタポンプ３１が接続されるとともに、圧力センサ３２が設置される。この接合容器１２内は窒素ガス雰囲気とされ、且つ制御回路３８の制御作用下に、圧力が３〜１０5Ｐａの間の所定圧力で略一定となるように窒素導入量が制御される。この状態で、油圧シリンダ４４のロッド４６の作用下に第２電極１６が第１電極１４に接近し、最終的に、第１電極１４上の第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２を押圧する。さらに、これら第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対し、第１電極１４及び第２電極１６を介して通電がなされる。
【解決手段】拡散接合を行うための接合装置１０を構成する接合容器１２には、窒素ガスボンベ２２、ロータリポンプ３０及びメカニカルブースタポンプ３１が接続されるとともに、圧力センサ３２が設置される。この接合容器１２内は窒素ガス雰囲気とされ、且つ制御回路３８の制御作用下に、圧力が３〜１０5Ｐａの間の所定圧力で略一定となるように窒素導入量が制御される。この状態で、油圧シリンダ４４のロッド４６の作用下に第２電極１６が第１電極１４に接近し、最終的に、第１電極１４上の第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２を押圧する。さらに、これら第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対し、第１電極１４及び第２電極１６を介して通電がなされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに接した複数個の被接合物に対して押圧及び加熱を行うことによって該被接合物同士を互いに接合する接合方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被接合物同士を接合する一手法として、拡散接合が知られている。すなわち、接した被接合物同士に圧力を付与しながら通電又は高周波加熱等を行うことで加熱して接触部位に存在する原子を拡散させ、これにより両被接合物を接合する方法である。通電を行う場合、被接合物（導電体）としては、鉄鋼材、ニッケル合金、銅合金をはじめとするあらゆる金属からなるものが選定される。
【０００３】
上記したような金属製被接合物に対して拡散接合を行う場合、雰囲気に酸素が過度に含まれていると、通電に伴って温度が上昇した金属製被接合物の表面に酸化物膜が生成する。この酸化物膜により、原子が拡散することが阻害されてしまう。このため、接合部位の接合強度が確保できなくなる懸念がある。
【０００４】
このような懸念を払拭するべく、金属製被接合物に対する通電及び加圧は、一般的に、高真空とした接合容器内、又は不活性ガス雰囲気とした接合容器内で行われる。接合容器内を高真空とする場合、ロータリポンプ及び拡散ポンプの双方を組み合わせて接合容器内の排気を行うことによって、該接合容器内の圧力を１０-3Ｐａ程度とすることが広汎に行われており、圧力を一層低減する必要がある場合には、前記２種のポンプの他、ターボ分子ポンプがさらに組み合わされることもある。
【０００５】
また、接合容器内を不活性ガス雰囲気とする場合、不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス等が主に採用されるが、場合によっては、窒素ガスが採用されることもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３１５０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
接合容器内を高真空とするべく拡散ポンプやターボ分子ポンプを付設した場合、これらのポンプが高価であるために設備投資が高騰してしまう。また、不活性ガス雰囲気とする場合、接合容器内に最初に収容されていた大気（酸素）を全て排気することは容易ではなく、このため、酸化物膜が生成することを回避することが容易ではないという不具合が顕在化している。しかも、アルゴンガスやヘリウムガス等は比較的高価であるため、拡散接合を行うための処理コストが高くなる。
【０００８】
さらに、近年、耐食性を向上させるべく所定量の窒素を含有した窒素添加ステンレス鋼が着目されているが、この素材に対して溶融溶接を行った場合、接合部位の窒素含有量が低下することが報告されている。勿論、このことに起因して耐食性が低下する懸念がある。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、被接合物に酸化物膜が生成することを回避することが容易であり、しかも、窒素添加ステンレス鋼同士を接合する場合であっても窒素含有量に変化がないことから接合強度を確保することが可能で、その上、低コストで実施可能な接合方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、互いに接した第１の被接合物と第２の被接合物に対して通電を行いながらこれら第１の被接合物及び第２の被接合物に圧力を付与して両被接合物を接合する接合方法であって、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を接合容器に収容し、前記接合容器に窒素ガスを導入するとともに、前記接合容器内の圧力を３〜１０5Ｐａの間に制御する工程と、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物に対して加圧を行いながら該第１の被接合物及び該第２の被接合物を加熱する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
接合容器内を上記圧力範囲内である窒素ガス雰囲気とした場合、酸素分圧が著しく小さくなる。このため、被接合物の表面に酸化物膜が生成することを防止することが容易となり、結局、拡散接合を効率よく進行させることができるようになる。その結果、接合部位の接合強度が確保される。
【００１２】
しかも、この場合、接合容器内を高真空にする必要がないので、高価な拡散ポンプやターボ分子ポンプ等、高真空が得られる排気機構を付設する必要は特にない。従って、設備投資が低廉化する。その上、安価な窒素ガスを用いるので、拡散接合に要するコストも低廉化する。
【００１３】
なお、被接合物としては、加熱中に窒化物膜を形成せず、且つ窒素を固溶可能な材質からなるものであることが好ましい。この場合、第１の被接合物及び第２の被接合物とも窒化物膜を形成しないことから、接合部での拡散が妨げられることがない。また、第１の被接合物と第２の被接合物との間に空隙が存在し、該空隙に雰囲気ガスである窒素ガスが残留したとしても、窒素ガスが第１の被接合物又は第２の被接合物に固溶される。従って、空隙を消失させることが容易となり、接合部位の接合強度も向上する。
【００１４】
この種の材質の好適な例としては、鉄鋼材が挙げられる。ここで、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼等の鉄鋼材は大気中で溶製されることから窒素を含有している。また、積極的に窒素が添加された窒素添加ステンレス鋼も窒素を含有しており、このため、加熱中に窒化物膜を形成せず、且つ窒素を固溶可能である。すなわち、これらの場合、被接合材が窒素を固溶することによって前記の空隙消失機能が営まれる。特に、窒素添加ステンレス鋼の場合、窒素が固溶することによって窒素含有量が低下することが回避され、このために耐食性が確保される。
【００１５】
なお、加熱中に窒化物膜を形成せず、且つ窒素を固溶可能な他の金属の例としては、銅、ニッケル及びその合金が挙げられる。
【００１６】
また、本発明は、互いに接した第１の被接合物と第２の被接合物に対して通電を行いながらこれら第１の被接合物及び第２の被接合物に圧力を付与して両被接合物を接合する接合装置であって、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を加熱するための加熱機構と、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を収容するための接合容器と、
前記接合容器に窒素ガスを供給するための窒素ガス供給源と、
前記接合容器から排気を行うための排気機構と、
前記窒素ガス供給源から供給されて前記接合容器に導入される窒素ガスの圧力を制御する圧力制御機構と、
を備え、
前記圧力制御機構は、窒素ガスの圧力を３〜１０5Ｐａの間に制御することを特徴とする。
【００１７】
このように構成することにより、低廉な設備投資で被接合物に酸化物膜及び窒化物膜が生成することを容易に回避できるようになる。結局、拡散接合を低コストで効率よく進行させることができるようになる。
【００１８】
この構成における排気機構としては、上記したように、比較的安価なロータリポンプを採用することが好ましい。これにより、設備投資を低廉化することが容易となる。なお、ロータリポンプとメカニカルブースタポンプを併用することがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、所定の圧力範囲内の窒素ガス雰囲気下で拡散接合を行うようにしているので、被接合物の表面に酸化物膜及び窒化物膜が生成することが防止され、このために拡散接合を効率よく進行させることができるとともに、接合部位の接合強度を確保することができる。
【００２０】
また、接合容器内を高真空にする必要がないので、高真空が得られる高価な排気機構を付設する必要は特にない。従って、設備投資が低廉化する。しかも、安価な窒素ガスを用いることによって、拡散接合に要するコストを低廉化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る接合方法につきそれを実施する装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る接合装置１０の構成を模式的に示した要部概略構成図である。この接合装置１０は、図示しない開閉扉が設けられた接合容器１２と、該接合容器１２内に収容された第１電極１４及び第２電極１６とを有する。これら第１電極１４及び第２電極１６は、後述する電源１８とともに加熱源を構成する。
【００２３】
接合容器１２には、送気ライン２０を介して該接合容器１２に窒素ガスを供給するための窒素ガスボンベ２２（窒素ガス供給源）が接続されている。また、送気ライン２０には、窒素ガスの流量を制御するマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣともいう）２４、及び圧力調整弁２６が窒素ガスボンベ２２側からこの順序で介装されている。
【００２４】
また、接合容器１２には、該接合容器１２内の気体を排出するための第１排気ライン２８、第２排気ライン２９が接続されている。第１排気ライン２８にはロータリポンプ３０が介装される一方、第２排気ライン２９にはメカニカルブースタポンプ３１が介装されており、従って、接合容器１２内の気体はこれらロータリポンプ３０及びメカニカルブースタポンプ３１によって除去される。
【００２５】
周知のように、ロータリポンプ３０はポンプ類の中では比較的安価である。その反面、ロータリポンプ３０では圧力を低減することは容易ではなく、本実施の形態においては、圧力調整弁２６を閉止して接合容器１２内を排気した際の圧力は１０-1Ｐａ程度である。
【００２６】
接合容器１２には、さらに、該接合容器１２内の圧力を測定する圧力センサ３２が付設されている。この圧力センサ３２と前記圧力調整弁２６は、それぞれ、信号線３４、３６を介して制御回路３８に電気的に接続されている。
【００２７】
第１電極１４は、接合容器１２内において、図１における上方に向かうようにして台座４０上に位置決め固定されている。この第１電極１４は、リード線４２を介して電源１８の正極に電気的に接続されている。
【００２８】
一方、第１電極１４と略同一構成の第２電極１６は、第１電極１４に対向するように配置されている。また、第２電極１６は、油圧シリンダ４４のロッド４６の先端に位置決め固定されている。すなわち、第２電極１６は、ロッド４６が前進・後退動作することに伴って第１電極１４に対して接近・離間する。
【００２９】
この第２電極１６は、リード線４８によって電源１８の負極に電気的に接続されている。なお、図１においては、電気的に開回路が形成された状態を示している。
【００３０】
本実施の形態に係る接合装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、接合方法との関係で説明する。
【００３１】
はじめに、接合容器１２の開閉扉を開放し、この開放扉から第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２を接合容器１２内に挿入して第１電極１４上に載置する。なお、この場合、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２はともに窒素添加ステンレス鋼からなり、互いの一端面同士が重なるように積層されている。
【００３２】
次に、前記開閉扉を閉止して接合容器１２を気密状態とした後、ロータリポンプ３０及びメカニカルブースタポンプ３１を付勢し、第１排気ライン２８及び第２排気ライン２９を介して接合容器１２内を排気する。勿論、この際、圧力調整弁２６は閉止されている。接合容器１２内の圧力は、上記したように、最終的には１０-1Ｐａ程度となる。
【００３３】
制御回路３８には、圧力センサ３２及び信号線３４を介して接合容器１２内の圧力に関する情報が伝達される。そして、制御回路３８は、接合容器１２内の圧力が略一定となったことを認識すると、信号線３６を介しての指令信号によって圧力調整弁２６を開放する。これにより、窒素ガスボンベ２２から送気ライン２０に窒素ガスが流通し始める。勿論、窒素ガスは、ＭＦＣ２４及び圧力調整弁２６を経由して接合容器１２内に導入される。
【００３４】
ここで、制御回路３８は、接合容器１２内の圧力が３〜１０5Ｐａの間の所定圧力で略一定となるように窒素導入量を制御する。すなわち、制御回路３８は、圧力センサ３２及び信号線３４を介して得られた接合容器１２内の圧力に関する情報に基づき、信号線３６を介して圧力調整弁２６の開度を制御する指令信号を発する。より具体的には、接合容器１２内の圧力が所定の上限値を上回ったときには圧力調整弁２６の開度を小さくすることで窒素ガスの導入量を増加させ、一方、所定の下限値を下回ったときには圧力調整弁２６の開度を大きくして窒素ガスの導入量を減少させる。
【００３５】
接合容器１２内を、例えば、圧力を３Ｐａとして窒素ガス雰囲気とした場合、同圧力で空気雰囲気又はアルゴンガス雰囲気とした場合に比して酸素分圧が著しく小さくなる。すなわち、この場合の酸素分圧は、大気を排気した際の圧力を３×１０-3Ｐａとした場合の酸素分圧に匹敵する。また、接合容器１２内の圧力を１０5Ｐａとして窒素ガス雰囲気とした場合も同様に、同圧力で空気雰囲気又はアルゴンガス雰囲気とした場合に比して酸素分圧が著しく小さい。
【００３６】
このように、窒素ガスを雰囲気ガスとして用いることにより、接合雰囲気の圧力を比較的高くしても、接合容器１２内の酸素分圧を、該接合容器１２内を真空引きした場合の酸素分圧に匹敵する程度とすることができる。
【００３７】
次に、油圧シリンダ４４が付勢され、図２に示すように、そのロッド４６が下方に向かって前進動作する。その結果、第２電極１６が第２被接合物Ｗ２及び第１被接合物Ｗ１を押圧するようになるとともに、電気的に閉回路が形成される。
【００３８】
この状態で、電源１８から電流ｉが供給される。この電流ｉは、第１電極１４、第１被接合物Ｗ１、第２被接合物Ｗ２及び第２電極１６を経由して電源１８に戻る。すなわち、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２の双方に対して通電がなされ、これに伴い第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２の温度が上昇し、さらに、第１被接合物Ｗ１の原子が第２被接合物Ｗ２に拡散する一方、第２被接合物Ｗ２の原子が第１被接合物Ｗ１に拡散する。
【００３９】
上記したように、本実施の形態においては、所定の圧力に制御された窒素ガス雰囲気下、換言すれば、酸素分圧が著しく小さい状況下で第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対する通電がなされる。従って、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２の表面に酸化物膜が生成することを防止することができる。このため、原子の拡散が容易に進行し、結局、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２の固相接合（拡散接合）を効率よく実施することができるようになる。従って、接合部位の接合強度が確保される。
【００４０】
しかも、雰囲気に窒素ガスが存在するので、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２（ともに窒素添加ステンレス鋼）における原子の拡散部位から窒素が脱離した場合であっても、該拡散部位に対して雰囲気から窒素が補充される。すなわち、窒素が拡散部位に固溶されるので、窒素含有量が低下することを回避することもできる。
【００４１】
また、第１被接合物Ｗ１ないし第２被接合物Ｗ２に反り等が存在するために接した端面同士の間に空隙が存在する場合、アルゴンガス雰囲気やヘリウムガス雰囲気として拡散接合を行うと、前記空隙にアルゴンガスやヘリウムガスが捕集された状態で第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２が接合される。すなわち、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２の間に空隙が残留し、このために接合強度が小さくなる懸念がある。
【００４２】
これに対し、本実施の形態においては、窒素ガス雰囲気下で拡散接合を行うようにしている。上記したように、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２が窒素を固溶し得るものであるので、空隙内に残留した窒素ガスは、第１被接合物Ｗ１又は第２被接合物Ｗ２に固溶されることによって消費される。このため、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２の間から空隙を消失させることが可能であり、従って、両被接合物Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が一層向上する。
【００４３】
なお、ステンレス鋼が窒素とともに窒化物を生成する標準生成エネルギは、酸化物膜が生成する標準生成エネルギに比して高い。すなわち、雰囲気である窒素ガスが第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２と反応することは困難であり、従って、窒素ガスは、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対して不活性である。すなわち、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に窒化物膜が生成することも回避される。
【００４４】
所定時間が経過した後、電源１８からの電流ｉの供給が停止されるとともに油圧シリンダ４４のロッド４６が上方に向かって後退動作し、図１に示す状態に戻る。これにより第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対する通電が停止され、原子の拡散が終了することに伴って、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２との固相接合（拡散接合）が終了する。すなわち、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２は、互いに全面にわたって接合される。
【００４５】
上記したように、本実施の形態によれば、拡散部位（接合部位）における窒素含有量が低下することを回避することが可能であるとともに、原子の拡散が十分になされる。従って、接合部位における耐食性及び接合強度が確保される。
【００４６】
また、上記から諒解されるように、本実施の形態によれば、アルゴンガスやヘリウムガス等の高価なガスを用いる必要がない。加えて、接合容器１２内の圧力を小さくする必要がないため、ロータリポンプ３０及びメカニカルブースタポンプ３１を付設するのみでよい。換言すれば、高価な拡散ポンプやターボ分子ポンプ等を付設する必要は特にない。従って、接合装置１０を構成するための設備投資を低廉化することができるとともに、拡散接合を低コストで実施することができる。
【００４７】
なお、上記した実施の形態においては、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２として窒素添加ステンレス鋼からなるものを用いるようにしているが、ステンレス鋼をはじめとする各種鉄鋼材、窒素添加ステンレス鋼、ニッケル合金又は銅合金等、その他の金属からなるものであってもよい。この場合においても、酸化物膜及び窒化物膜が生成することが防止される。また、これらの材料は窒素を固溶し得るので、接合部位において空隙が残留することを回避することができる。すなわち、接合強度を容易に確保することができる。勿論、接合部の品質も優れたものとなる。さらに、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２とが異なる金属種であってもよい。換言すれば、本発明は、異種金属同士を接合する場合にも適用可能である。
【００４８】
また、この実施の形態では、接合容器１２内の圧力を略一定に維持するような制御を行うようにしているが、下限を３Ｐａ、上限を１０5Ｐａに設定し、３〜１０5Ｐａの間で変動を繰り返すような制御を行うようにしてもよい。
【００４９】
さらに、この実施の形態では、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対して通電を行うことで両被接合物Ｗ１、Ｗ２を加熱するようにしているが、例えば、高周波誘導加熱等、その他の加熱手法を採用し得ることは勿論である。
【００５０】
さらにまた、ロータリポンプ３０に代替して拡散ポンプやターボ分子ポンプ等を付設するようにしてもよい。
【実施例１】
【００５１】
図１及び図２に示される接合装置１０にガス分析システムを付設した。すなわち、接合容器１２に連通する取出管を設け、この取出管に対し、ガス分析器及び圧力測定器をコンピュータとともに接続した。
【００５２】
この状態で、接合容器１２内の雰囲気ガス及びその圧力を種々変更し、窒素ガス及び酸素ガスの分圧を求めた。結果を、図３にまとめて示す。この図３から、窒素ガス雰囲気で圧力を３Ｐａとした場合の酸素分圧が、圧力を３×１０-3Ｐａとした場合の酸素分圧に匹敵することが明らかである。
【００５３】
図３からは、窒素ガス雰囲気で圧力を１０5Ｐａとした場合の酸素分圧が、同圧力のアルゴンガス雰囲気における酸素分圧に比して著しく小さいことも諒解される。このことから、アルゴンガスよりも窒素ガスの方が酸素分圧を小さくすることができ、被接合物の酸化を回避することが容易となることが分かる。
【実施例２】
【００５４】
ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）からなり、底面の直径が１２ｍｍ、長さが３０ｍｍである円柱体形状被接合物の底面同士を接触させ、この状態で、接合装置１０の第１電極１４及び第２電極１６によって５．２Ｍｐａで押圧するとともに、接合界面近傍にスポット溶接で取り付けられたＲ型熱電対によって測定される接合温度を７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃又は１１００℃のいずれかとして通電を行い、両被接合物を接合した。なお、接合温度まで約１００℃／分で昇温し、且つ接合温度を２０分間保持した。また、接合容器１２内は窒素ガス雰囲気とし、その圧力は、５Ｐａ、１０2Ｐａ、１０5Ｐａのいずれかとした。
【００５５】
比較のため、接合容器１２内を大気とするとともに圧力を１０-2Ｐａ、５Ｐａ、１０2Ｐａ、１０5Ｐａ、とした以外は上記に準拠して、前記被接合物同士の接合を行った。
【００５６】
各被接合物の接合強度をＳＵＳ３０４の強度で除した継手効率を、接合温度との関係でグラフにして図４に示すとともに、１０００℃において接合された被接合物同士の引っ張り強度を図５に示す。図４から、接合温度が上昇し、また、雰囲気ガスの圧力が低下することに伴って継手効率が向上し、１０００、１１００℃ではＳＵＳ３０４に匹敵する強度が得られることが明らかである。また、図５から諒解されるように、接合容器１２内の圧力が同一であれば、雰囲気が窒素ガスである場合、大気に比して接合強度が大きくなった。
【００５７】
また、接合後の被接合物の酸化状態を比較したところ、１０5Ｐａの大気中での接合では厚い黒色の酸化皮膜が形成されていた。一方、１０2Ｐａでは濃緑色の酸化皮膜が確認され、５Ｐａでは酸化皮膜が存在せず金属光沢が認められた。
【００５８】
これに対し、窒素ガスを雰囲気とした接合でも同様の傾向が確認されたが、同一の圧力では、大気中に比して酸化の度合は著しく少なかった。この理由は、窒素ガス雰囲気とすることで酸素分圧を抑制したためであると推察される。
【００５９】
さらに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、１０5Ｐａ、１０-2Ｐａの大気、及び１０5Ｐａ、５Ｐａの窒素ガス雰囲気下で１０００℃接合した各被接合物の引張破面観察を行った。その結果、大気中で接合された被接合物、窒素ガス雰囲気中で接合された被接合物のいずれも、雰囲気ガス圧力が低下することに伴ってディンプルが大きくなるとともに、各ディンプル内の介在物量が減少することが確認された。また、圧力が同一である場合、大気中で接合された被接合物に比して窒素ガス雰囲気中で接合された被接合物の方がディンプルが大きく、且つ介在物量が少なかった。このことから、雰囲気ガスの圧力が小さいほど良好な接合部が得られる一方、圧力が同一であれば大気よりも窒素ガスの方が良好な接合部が得られることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態に係る接合装置の構成を模式的に示す要部概略構成図である。
【図２】図１の接合装置が被接合物を押圧しながら加熱している状態を模式的に示す要部概略構成図である。
【図３】接合容器内の雰囲気ガスの種類及びその圧力と、窒素ガス及び酸素ガスの分圧との関係を示す図表である。
【図４】接合された被接合物における継手効率と接合温度との関係を示すグラフである。
【図５】１０００℃において接合された被接合物同士の引っ張り強度を雰囲気ガスとの関係で示す図表である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…接合装置 １２…接合容器
１４、１６…電極 １８…電源
２２…窒素ガスボンベ ２６…圧力調整弁
３０…ロータリポンプ ３１…メカニカルブースタポンプ
３２…圧力センサ ３８…制御回路
４４…油圧シリンダ ４６…ロッド
ｉ…電流 Ｗ１、Ｗ２…被接合物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに接した複数個の被接合物に対して押圧及び加熱を行うことによって該被接合物同士を互いに接合する接合方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被接合物同士を接合する一手法として、拡散接合が知られている。すなわち、接した被接合物同士に圧力を付与しながら通電又は高周波加熱等を行うことで加熱して接触部位に存在する原子を拡散させ、これにより両被接合物を接合する方法である。通電を行う場合、被接合物（導電体）としては、鉄鋼材、ニッケル合金、銅合金をはじめとするあらゆる金属からなるものが選定される。
【０００３】
上記したような金属製被接合物に対して拡散接合を行う場合、雰囲気に酸素が過度に含まれていると、通電に伴って温度が上昇した金属製被接合物の表面に酸化物膜が生成する。この酸化物膜により、原子が拡散することが阻害されてしまう。このため、接合部位の接合強度が確保できなくなる懸念がある。
【０００４】
このような懸念を払拭するべく、金属製被接合物に対する通電及び加圧は、一般的に、高真空とした接合容器内、又は不活性ガス雰囲気とした接合容器内で行われる。接合容器内を高真空とする場合、ロータリポンプ及び拡散ポンプの双方を組み合わせて接合容器内の排気を行うことによって、該接合容器内の圧力を１０-3Ｐａ程度とすることが広汎に行われており、圧力を一層低減する必要がある場合には、前記２種のポンプの他、ターボ分子ポンプがさらに組み合わされることもある。
【０００５】
また、接合容器内を不活性ガス雰囲気とする場合、不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス等が主に採用されるが、場合によっては、窒素ガスが採用されることもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３１５０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
接合容器内を高真空とするべく拡散ポンプやターボ分子ポンプを付設した場合、これらのポンプが高価であるために設備投資が高騰してしまう。また、不活性ガス雰囲気とする場合、接合容器内に最初に収容されていた大気（酸素）を全て排気することは容易ではなく、このため、酸化物膜が生成することを回避することが容易ではないという不具合が顕在化している。しかも、アルゴンガスやヘリウムガス等は比較的高価であるため、拡散接合を行うための処理コストが高くなる。
【０００８】
さらに、近年、耐食性を向上させるべく所定量の窒素を含有した窒素添加ステンレス鋼が着目されているが、この素材に対して溶融溶接を行った場合、接合部位の窒素含有量が低下することが報告されている。勿論、このことに起因して耐食性が低下する懸念がある。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、被接合物に酸化物膜が生成することを回避することが容易であり、しかも、窒素添加ステンレス鋼同士を接合する場合であっても窒素含有量に変化がないことから接合強度を確保することが可能で、その上、低コストで実施可能な接合方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、互いに接した第１の被接合物と第２の被接合物に対して通電を行いながらこれら第１の被接合物及び第２の被接合物に圧力を付与して両被接合物を接合する接合方法であって、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を接合容器に収容し、前記接合容器に窒素ガスを導入するとともに、前記接合容器内の圧力を３〜１０5Ｐａの間に制御する工程と、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物に対して加圧を行いながら該第１の被接合物及び該第２の被接合物を加熱する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
接合容器内を上記圧力範囲内である窒素ガス雰囲気とした場合、酸素分圧が著しく小さくなる。このため、被接合物の表面に酸化物膜が生成することを防止することが容易となり、結局、拡散接合を効率よく進行させることができるようになる。その結果、接合部位の接合強度が確保される。
【００１２】
しかも、この場合、接合容器内を高真空にする必要がないので、高価な拡散ポンプやターボ分子ポンプ等、高真空が得られる排気機構を付設する必要は特にない。従って、設備投資が低廉化する。その上、安価な窒素ガスを用いるので、拡散接合に要するコストも低廉化する。
【００１３】
なお、被接合物としては、加熱中に窒化物膜を形成せず、且つ窒素を固溶可能な材質からなるものであることが好ましい。この場合、第１の被接合物及び第２の被接合物とも窒化物膜を形成しないことから、接合部での拡散が妨げられることがない。また、第１の被接合物と第２の被接合物との間に空隙が存在し、該空隙に雰囲気ガスである窒素ガスが残留したとしても、窒素ガスが第１の被接合物又は第２の被接合物に固溶される。従って、空隙を消失させることが容易となり、接合部位の接合強度も向上する。
【００１４】
この種の材質の好適な例としては、鉄鋼材が挙げられる。ここで、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼等の鉄鋼材は大気中で溶製されることから窒素を含有している。また、積極的に窒素が添加された窒素添加ステンレス鋼も窒素を含有しており、このため、加熱中に窒化物膜を形成せず、且つ窒素を固溶可能である。すなわち、これらの場合、被接合材が窒素を固溶することによって前記の空隙消失機能が営まれる。特に、窒素添加ステンレス鋼の場合、窒素が固溶することによって窒素含有量が低下することが回避され、このために耐食性が確保される。
【００１５】
なお、加熱中に窒化物膜を形成せず、且つ窒素を固溶可能な他の金属の例としては、銅、ニッケル及びその合金が挙げられる。
【００１６】
また、本発明は、互いに接した第１の被接合物と第２の被接合物に対して通電を行いながらこれら第１の被接合物及び第２の被接合物に圧力を付与して両被接合物を接合する接合装置であって、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を加熱するための加熱機構と、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を収容するための接合容器と、
前記接合容器に窒素ガスを供給するための窒素ガス供給源と、
前記接合容器から排気を行うための排気機構と、
前記窒素ガス供給源から供給されて前記接合容器に導入される窒素ガスの圧力を制御する圧力制御機構と、
を備え、
前記圧力制御機構は、窒素ガスの圧力を３〜１０5Ｐａの間に制御することを特徴とする。
【００１７】
このように構成することにより、低廉な設備投資で被接合物に酸化物膜及び窒化物膜が生成することを容易に回避できるようになる。結局、拡散接合を低コストで効率よく進行させることができるようになる。
【００１８】
この構成における排気機構としては、上記したように、比較的安価なロータリポンプを採用することが好ましい。これにより、設備投資を低廉化することが容易となる。なお、ロータリポンプとメカニカルブースタポンプを併用することがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、所定の圧力範囲内の窒素ガス雰囲気下で拡散接合を行うようにしているので、被接合物の表面に酸化物膜及び窒化物膜が生成することが防止され、このために拡散接合を効率よく進行させることができるとともに、接合部位の接合強度を確保することができる。
【００２０】
また、接合容器内を高真空にする必要がないので、高真空が得られる高価な排気機構を付設する必要は特にない。従って、設備投資が低廉化する。しかも、安価な窒素ガスを用いることによって、拡散接合に要するコストを低廉化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る接合方法につきそれを実施する装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る接合装置１０の構成を模式的に示した要部概略構成図である。この接合装置１０は、図示しない開閉扉が設けられた接合容器１２と、該接合容器１２内に収容された第１電極１４及び第２電極１６とを有する。これら第１電極１４及び第２電極１６は、後述する電源１８とともに加熱源を構成する。
【００２３】
接合容器１２には、送気ライン２０を介して該接合容器１２に窒素ガスを供給するための窒素ガスボンベ２２（窒素ガス供給源）が接続されている。また、送気ライン２０には、窒素ガスの流量を制御するマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣともいう）２４、及び圧力調整弁２６が窒素ガスボンベ２２側からこの順序で介装されている。
【００２４】
また、接合容器１２には、該接合容器１２内の気体を排出するための第１排気ライン２８、第２排気ライン２９が接続されている。第１排気ライン２８にはロータリポンプ３０が介装される一方、第２排気ライン２９にはメカニカルブースタポンプ３１が介装されており、従って、接合容器１２内の気体はこれらロータリポンプ３０及びメカニカルブースタポンプ３１によって除去される。
【００２５】
周知のように、ロータリポンプ３０はポンプ類の中では比較的安価である。その反面、ロータリポンプ３０では圧力を低減することは容易ではなく、本実施の形態においては、圧力調整弁２６を閉止して接合容器１２内を排気した際の圧力は１０-1Ｐａ程度である。
【００２６】
接合容器１２には、さらに、該接合容器１２内の圧力を測定する圧力センサ３２が付設されている。この圧力センサ３２と前記圧力調整弁２６は、それぞれ、信号線３４、３６を介して制御回路３８に電気的に接続されている。
【００２７】
第１電極１４は、接合容器１２内において、図１における上方に向かうようにして台座４０上に位置決め固定されている。この第１電極１４は、リード線４２を介して電源１８の正極に電気的に接続されている。
【００２８】
一方、第１電極１４と略同一構成の第２電極１６は、第１電極１４に対向するように配置されている。また、第２電極１６は、油圧シリンダ４４のロッド４６の先端に位置決め固定されている。すなわち、第２電極１６は、ロッド４６が前進・後退動作することに伴って第１電極１４に対して接近・離間する。
【００２９】
この第２電極１６は、リード線４８によって電源１８の負極に電気的に接続されている。なお、図１においては、電気的に開回路が形成された状態を示している。
【００３０】
本実施の形態に係る接合装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、接合方法との関係で説明する。
【００３１】
はじめに、接合容器１２の開閉扉を開放し、この開放扉から第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２を接合容器１２内に挿入して第１電極１４上に載置する。なお、この場合、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２はともに窒素添加ステンレス鋼からなり、互いの一端面同士が重なるように積層されている。
【００３２】
次に、前記開閉扉を閉止して接合容器１２を気密状態とした後、ロータリポンプ３０及びメカニカルブースタポンプ３１を付勢し、第１排気ライン２８及び第２排気ライン２９を介して接合容器１２内を排気する。勿論、この際、圧力調整弁２６は閉止されている。接合容器１２内の圧力は、上記したように、最終的には１０-1Ｐａ程度となる。
【００３３】
制御回路３８には、圧力センサ３２及び信号線３４を介して接合容器１２内の圧力に関する情報が伝達される。そして、制御回路３８は、接合容器１２内の圧力が略一定となったことを認識すると、信号線３６を介しての指令信号によって圧力調整弁２６を開放する。これにより、窒素ガスボンベ２２から送気ライン２０に窒素ガスが流通し始める。勿論、窒素ガスは、ＭＦＣ２４及び圧力調整弁２６を経由して接合容器１２内に導入される。
【００３４】
ここで、制御回路３８は、接合容器１２内の圧力が３〜１０5Ｐａの間の所定圧力で略一定となるように窒素導入量を制御する。すなわち、制御回路３８は、圧力センサ３２及び信号線３４を介して得られた接合容器１２内の圧力に関する情報に基づき、信号線３６を介して圧力調整弁２６の開度を制御する指令信号を発する。より具体的には、接合容器１２内の圧力が所定の上限値を上回ったときには圧力調整弁２６の開度を小さくすることで窒素ガスの導入量を増加させ、一方、所定の下限値を下回ったときには圧力調整弁２６の開度を大きくして窒素ガスの導入量を減少させる。
【００３５】
接合容器１２内を、例えば、圧力を３Ｐａとして窒素ガス雰囲気とした場合、同圧力で空気雰囲気又はアルゴンガス雰囲気とした場合に比して酸素分圧が著しく小さくなる。すなわち、この場合の酸素分圧は、大気を排気した際の圧力を３×１０-3Ｐａとした場合の酸素分圧に匹敵する。また、接合容器１２内の圧力を１０5Ｐａとして窒素ガス雰囲気とした場合も同様に、同圧力で空気雰囲気又はアルゴンガス雰囲気とした場合に比して酸素分圧が著しく小さい。
【００３６】
このように、窒素ガスを雰囲気ガスとして用いることにより、接合雰囲気の圧力を比較的高くしても、接合容器１２内の酸素分圧を、該接合容器１２内を真空引きした場合の酸素分圧に匹敵する程度とすることができる。
【００３７】
次に、油圧シリンダ４４が付勢され、図２に示すように、そのロッド４６が下方に向かって前進動作する。その結果、第２電極１６が第２被接合物Ｗ２及び第１被接合物Ｗ１を押圧するようになるとともに、電気的に閉回路が形成される。
【００３８】
この状態で、電源１８から電流ｉが供給される。この電流ｉは、第１電極１４、第１被接合物Ｗ１、第２被接合物Ｗ２及び第２電極１６を経由して電源１８に戻る。すなわち、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２の双方に対して通電がなされ、これに伴い第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２の温度が上昇し、さらに、第１被接合物Ｗ１の原子が第２被接合物Ｗ２に拡散する一方、第２被接合物Ｗ２の原子が第１被接合物Ｗ１に拡散する。
【００３９】
上記したように、本実施の形態においては、所定の圧力に制御された窒素ガス雰囲気下、換言すれば、酸素分圧が著しく小さい状況下で第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対する通電がなされる。従って、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２の表面に酸化物膜が生成することを防止することができる。このため、原子の拡散が容易に進行し、結局、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２の固相接合（拡散接合）を効率よく実施することができるようになる。従って、接合部位の接合強度が確保される。
【００４０】
しかも、雰囲気に窒素ガスが存在するので、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２（ともに窒素添加ステンレス鋼）における原子の拡散部位から窒素が脱離した場合であっても、該拡散部位に対して雰囲気から窒素が補充される。すなわち、窒素が拡散部位に固溶されるので、窒素含有量が低下することを回避することもできる。
【００４１】
また、第１被接合物Ｗ１ないし第２被接合物Ｗ２に反り等が存在するために接した端面同士の間に空隙が存在する場合、アルゴンガス雰囲気やヘリウムガス雰囲気として拡散接合を行うと、前記空隙にアルゴンガスやヘリウムガスが捕集された状態で第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２が接合される。すなわち、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２の間に空隙が残留し、このために接合強度が小さくなる懸念がある。
【００４２】
これに対し、本実施の形態においては、窒素ガス雰囲気下で拡散接合を行うようにしている。上記したように、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２が窒素を固溶し得るものであるので、空隙内に残留した窒素ガスは、第１被接合物Ｗ１又は第２被接合物Ｗ２に固溶されることによって消費される。このため、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２の間から空隙を消失させることが可能であり、従って、両被接合物Ｗ１、Ｗ２同士の接合強度が一層向上する。
【００４３】
なお、ステンレス鋼が窒素とともに窒化物を生成する標準生成エネルギは、酸化物膜が生成する標準生成エネルギに比して高い。すなわち、雰囲気である窒素ガスが第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２と反応することは困難であり、従って、窒素ガスは、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対して不活性である。すなわち、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に窒化物膜が生成することも回避される。
【００４４】
所定時間が経過した後、電源１８からの電流ｉの供給が停止されるとともに油圧シリンダ４４のロッド４６が上方に向かって後退動作し、図１に示す状態に戻る。これにより第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対する通電が停止され、原子の拡散が終了することに伴って、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２との固相接合（拡散接合）が終了する。すなわち、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２は、互いに全面にわたって接合される。
【００４５】
上記したように、本実施の形態によれば、拡散部位（接合部位）における窒素含有量が低下することを回避することが可能であるとともに、原子の拡散が十分になされる。従って、接合部位における耐食性及び接合強度が確保される。
【００４６】
また、上記から諒解されるように、本実施の形態によれば、アルゴンガスやヘリウムガス等の高価なガスを用いる必要がない。加えて、接合容器１２内の圧力を小さくする必要がないため、ロータリポンプ３０及びメカニカルブースタポンプ３１を付設するのみでよい。換言すれば、高価な拡散ポンプやターボ分子ポンプ等を付設する必要は特にない。従って、接合装置１０を構成するための設備投資を低廉化することができるとともに、拡散接合を低コストで実施することができる。
【００４７】
なお、上記した実施の形態においては、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２として窒素添加ステンレス鋼からなるものを用いるようにしているが、ステンレス鋼をはじめとする各種鉄鋼材、窒素添加ステンレス鋼、ニッケル合金又は銅合金等、その他の金属からなるものであってもよい。この場合においても、酸化物膜及び窒化物膜が生成することが防止される。また、これらの材料は窒素を固溶し得るので、接合部位において空隙が残留することを回避することができる。すなわち、接合強度を容易に確保することができる。勿論、接合部の品質も優れたものとなる。さらに、第１被接合物Ｗ１と第２被接合物Ｗ２とが異なる金属種であってもよい。換言すれば、本発明は、異種金属同士を接合する場合にも適用可能である。
【００４８】
また、この実施の形態では、接合容器１２内の圧力を略一定に維持するような制御を行うようにしているが、下限を３Ｐａ、上限を１０5Ｐａに設定し、３〜１０5Ｐａの間で変動を繰り返すような制御を行うようにしてもよい。
【００４９】
さらに、この実施の形態では、第１被接合物Ｗ１及び第２被接合物Ｗ２に対して通電を行うことで両被接合物Ｗ１、Ｗ２を加熱するようにしているが、例えば、高周波誘導加熱等、その他の加熱手法を採用し得ることは勿論である。
【００５０】
さらにまた、ロータリポンプ３０に代替して拡散ポンプやターボ分子ポンプ等を付設するようにしてもよい。
【実施例１】
【００５１】
図１及び図２に示される接合装置１０にガス分析システムを付設した。すなわち、接合容器１２に連通する取出管を設け、この取出管に対し、ガス分析器及び圧力測定器をコンピュータとともに接続した。
【００５２】
この状態で、接合容器１２内の雰囲気ガス及びその圧力を種々変更し、窒素ガス及び酸素ガスの分圧を求めた。結果を、図３にまとめて示す。この図３から、窒素ガス雰囲気で圧力を３Ｐａとした場合の酸素分圧が、圧力を３×１０-3Ｐａとした場合の酸素分圧に匹敵することが明らかである。
【００５３】
図３からは、窒素ガス雰囲気で圧力を１０5Ｐａとした場合の酸素分圧が、同圧力のアルゴンガス雰囲気における酸素分圧に比して著しく小さいことも諒解される。このことから、アルゴンガスよりも窒素ガスの方が酸素分圧を小さくすることができ、被接合物の酸化を回避することが容易となることが分かる。
【実施例２】
【００５４】
ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）からなり、底面の直径が１２ｍｍ、長さが３０ｍｍである円柱体形状被接合物の底面同士を接触させ、この状態で、接合装置１０の第１電極１４及び第２電極１６によって５．２Ｍｐａで押圧するとともに、接合界面近傍にスポット溶接で取り付けられたＲ型熱電対によって測定される接合温度を７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃又は１１００℃のいずれかとして通電を行い、両被接合物を接合した。なお、接合温度まで約１００℃／分で昇温し、且つ接合温度を２０分間保持した。また、接合容器１２内は窒素ガス雰囲気とし、その圧力は、５Ｐａ、１０2Ｐａ、１０5Ｐａのいずれかとした。
【００５５】
比較のため、接合容器１２内を大気とするとともに圧力を１０-2Ｐａ、５Ｐａ、１０2Ｐａ、１０5Ｐａ、とした以外は上記に準拠して、前記被接合物同士の接合を行った。
【００５６】
各被接合物の接合強度をＳＵＳ３０４の強度で除した継手効率を、接合温度との関係でグラフにして図４に示すとともに、１０００℃において接合された被接合物同士の引っ張り強度を図５に示す。図４から、接合温度が上昇し、また、雰囲気ガスの圧力が低下することに伴って継手効率が向上し、１０００、１１００℃ではＳＵＳ３０４に匹敵する強度が得られることが明らかである。また、図５から諒解されるように、接合容器１２内の圧力が同一であれば、雰囲気が窒素ガスである場合、大気に比して接合強度が大きくなった。
【００５７】
また、接合後の被接合物の酸化状態を比較したところ、１０5Ｐａの大気中での接合では厚い黒色の酸化皮膜が形成されていた。一方、１０2Ｐａでは濃緑色の酸化皮膜が確認され、５Ｐａでは酸化皮膜が存在せず金属光沢が認められた。
【００５８】
これに対し、窒素ガスを雰囲気とした接合でも同様の傾向が確認されたが、同一の圧力では、大気中に比して酸化の度合は著しく少なかった。この理由は、窒素ガス雰囲気とすることで酸素分圧を抑制したためであると推察される。
【００５９】
さらに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、１０5Ｐａ、１０-2Ｐａの大気、及び１０5Ｐａ、５Ｐａの窒素ガス雰囲気下で１０００℃接合した各被接合物の引張破面観察を行った。その結果、大気中で接合された被接合物、窒素ガス雰囲気中で接合された被接合物のいずれも、雰囲気ガス圧力が低下することに伴ってディンプルが大きくなるとともに、各ディンプル内の介在物量が減少することが確認された。また、圧力が同一である場合、大気中で接合された被接合物に比して窒素ガス雰囲気中で接合された被接合物の方がディンプルが大きく、且つ介在物量が少なかった。このことから、雰囲気ガスの圧力が小さいほど良好な接合部が得られる一方、圧力が同一であれば大気よりも窒素ガスの方が良好な接合部が得られることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態に係る接合装置の構成を模式的に示す要部概略構成図である。
【図２】図１の接合装置が被接合物を押圧しながら加熱している状態を模式的に示す要部概略構成図である。
【図３】接合容器内の雰囲気ガスの種類及びその圧力と、窒素ガス及び酸素ガスの分圧との関係を示す図表である。
【図４】接合された被接合物における継手効率と接合温度との関係を示すグラフである。
【図５】１０００℃において接合された被接合物同士の引っ張り強度を雰囲気ガスとの関係で示す図表である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…接合装置 １２…接合容器
１４、１６…電極 １８…電源
２２…窒素ガスボンベ ２６…圧力調整弁
３０…ロータリポンプ ３１…メカニカルブースタポンプ
３２…圧力センサ ３８…制御回路
４４…油圧シリンダ ４６…ロッド
ｉ…電流 Ｗ１、Ｗ２…被接合物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接した第１の被接合物と第２の被接合物に対して通電を行いながらこれら第１の被接合物及び第２の被接合物に圧力を付与して両被接合物を接合する接合方法であって、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を接合容器に収容し、前記接合容器に窒素ガスを導入するとともに、前記接合容器内の圧力を３〜１０5Ｐａの間に制御する工程と、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物に対して加圧を行いながら該第１の被接合物及び該第２の被接合物を加熱する工程と、
を有することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の接合方法において、前記第１の被接合物又は前記第２の被接合物として、窒素を固溶可能なものを用いることを特徴とする接合方法。
【請求項３】
請求項２記載の接合方法において、前記第１の被接合物又は前記第２の被接合物として、鉄鋼材、窒素添加ステンレス鋼、ニッケル合金又は銅合金のいずれかを用いることを特徴とする接合方法。
【請求項４】
互いに接した第１の被接合物と第２の被接合物に対して通電を行いながらこれら第１の被接合物及び第２の被接合物に圧力を付与して両被接合物を接合する接合装置であって、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を加熱するための加熱機構と、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を収容するための接合容器と、
前記接合容器に窒素ガスを供給するための窒素ガス供給源と、
前記接合容器から排気を行うための排気機構と、
前記窒素ガス供給源から供給されて前記接合容器に導入される窒素ガスの圧力を制御する圧力制御機構と、
を備え、
前記圧力制御機構は、窒素ガスの圧力を３〜１０5Ｐａの間に制御することを特徴とする接合装置。
【請求項５】
請求項４記載の接合装置において、前記排気機構が少なくともロータリポンプを含むことを特徴とする接合装置。
【請求項１】
互いに接した第１の被接合物と第２の被接合物に対して通電を行いながらこれら第１の被接合物及び第２の被接合物に圧力を付与して両被接合物を接合する接合方法であって、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を接合容器に収容し、前記接合容器に窒素ガスを導入するとともに、前記接合容器内の圧力を３〜１０5Ｐａの間に制御する工程と、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物に対して加圧を行いながら該第１の被接合物及び該第２の被接合物を加熱する工程と、
を有することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の接合方法において、前記第１の被接合物又は前記第２の被接合物として、窒素を固溶可能なものを用いることを特徴とする接合方法。
【請求項３】
請求項２記載の接合方法において、前記第１の被接合物又は前記第２の被接合物として、鉄鋼材、窒素添加ステンレス鋼、ニッケル合金又は銅合金のいずれかを用いることを特徴とする接合方法。
【請求項４】
互いに接した第１の被接合物と第２の被接合物に対して通電を行いながらこれら第１の被接合物及び第２の被接合物に圧力を付与して両被接合物を接合する接合装置であって、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を加熱するための加熱機構と、
前記第１の被接合物及び前記第２の被接合物を収容するための接合容器と、
前記接合容器に窒素ガスを供給するための窒素ガス供給源と、
前記接合容器から排気を行うための排気機構と、
前記窒素ガス供給源から供給されて前記接合容器に導入される窒素ガスの圧力を制御する圧力制御機構と、
を備え、
前記圧力制御機構は、窒素ガスの圧力を３〜１０5Ｐａの間に制御することを特徴とする接合装置。
【請求項５】
請求項４記載の接合装置において、前記排気機構が少なくともロータリポンプを含むことを特徴とする接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１３１８６１（Ｐ２００９−１３１８６１Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０８１４７（Ｐ２００７−３０８１４７）
【出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（３０４０２７２７９）国立大学法人 新潟大学 (310)
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（３０４０２７２７９）国立大学法人 新潟大学 (310)
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
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